談碗米坡電廠進(jìn)水口攔污排污建設(shè)

【摘要】碗米坡水電廠位于沅水支流酉水的中游，在湖南省湘西土家族苗族自治州保靖縣境內(nèi)，下距保靖縣城20km。電站裝機(jī)3臺(tái)，總裝機(jī)容量240MW。電廠水庫正常蓄水位248米，水庫死水位238米，大壩設(shè)計(jì)洪水位249.96米。

【關(guān)鍵詞】碗米坡電廠;進(jìn)水口;攔污排污;工程建設(shè)

前言

碗米坡電廠原工程設(shè)計(jì)無攔污排，電廠投運(yùn)后，庫區(qū)每年均有大量生活垃圾、水草樹枝等雜物隨洪水聚集壩前，嚴(yán)重堵塞進(jìn)水口攔污柵、機(jī)組技術(shù)供水取水口，導(dǎo)致機(jī)組技術(shù)供水壓力降低、進(jìn)水口攔污柵差壓過高，危及機(jī)組安全運(yùn)行。因浮渣堆積，機(jī)組運(yùn)行時(shí)攔污柵差最高時(shí)候接近40kPa設(shè)計(jì)極限，機(jī)組出力降低嚴(yán)重，水電大發(fā)期間每日損失電量近10萬kWh，每年因出力降低造成經(jīng)濟(jì)損失在100萬元以上。

2013年，碗米坡電廠通過研究實(shí)施“高分子柔性攔污排建設(shè)”項(xiàng)目，徹底解決了壩前浮渣堆積這一困擾電廠運(yùn)行的難題，滿足電廠安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保運(yùn)行的要求。

1、方案設(shè)計(jì)

攔污排基本布置：碗米坡電廠進(jìn)水口攔污排主要由“攔渣系統(tǒng)”和“錨固系統(tǒng)”兩大部分組成：上游側(cè)掛點(diǎn)B（攔污排未端掛點(diǎn)）設(shè)設(shè)置在水庫右岸水位井的上游側(cè)。攔污排首端固定點(diǎn)A為設(shè)在大壩4號(hào)壩段與5號(hào)壩段的分縫線上。安全掛點(diǎn)首端C點(diǎn)設(shè)在大壩左壩頭上游約50米的水庫岸坡上，未端設(shè)在距排體A掛點(diǎn)約15米的主連接繩上。（見圖）

1.1 錨固系統(tǒng)

攔污排錨固系統(tǒng)由配體的首尾A、B掛點(diǎn)和安全繩首尾C、D掛點(diǎn)組成。A掛點(diǎn)為滑軌滑車及浮箱組成，軌長(zhǎng)13米，滑車行程12米，以適應(yīng)水庫水位在238米至248米間變化。B掛點(diǎn)初始設(shè)計(jì)為由砼插筋、鋼筋網(wǎng)構(gòu)成錨固墩，通過主連接繩和浮筒的自由起伏滿足水位升降的要求。C掛點(diǎn)為一入巖1米深、Φ20的螺紋鋼彎鉤。

1.2 攔渣系統(tǒng)

由浮筒、主連接繩、主攔污網(wǎng)、副攔污網(wǎng)、均衡（配重）裝置等組成。攔污排體上懸掛的浮筒由高分子PE材料滾塑壓制而成，浮筒內(nèi)通過高溫高壓注滿發(fā)泡聚合材料，確保浮筒外殼在不可抗力情況下破裂后仍保持有足夠的浮力。浮筒通過高強(qiáng)度化纖繩綁扎在主連接繩上，單個(gè)浮筒浮力大于300kg，平均每米攔污排重量為≤50kg。連接繩、綁扎繩均為超高分子量化纖繩。攔污網(wǎng)主網(wǎng)各副網(wǎng)均由高強(qiáng)度聚乙烯繩編制而成。浸泡在水下的攔污網(wǎng)格穿套PVC套管，以確保在攔渣過程中，水體中的浮渣不會(huì)鉤掛在攔污網(wǎng)片上。網(wǎng)體下沿懸掛的均衡裝置重錘為PE材質(zhì)空心球體，內(nèi)部灌注混凝土，單個(gè)重錘自重約15kg，直徑≥25cm，大于碗米坡電廠進(jìn)水口攔污柵柵距，以確保其在意外情況下掉落時(shí)不通過攔污柵流入引水流道。

2、設(shè)計(jì)要點(diǎn)及受力計(jì)算

（1）本項(xiàng)目采用了長(zhǎng)沙樂禹公司的非金屬結(jié)構(gòu)攔污排長(zhǎng)線方案，排線總長(zhǎng)度263米，排體與壩面夾角大于60°，具備較好的攔渣效果及隨庫水位起降能力，并可有效防止進(jìn)水口水流吸附。

（2）充分考慮主纜繩在A、B掛點(diǎn)處的耐磨性。在纜繩廠家制造時(shí)，就已在掛點(diǎn)部位穿套耐磨套管，并在摩擦受力部位采用纖維繩環(huán)繞捆扎作為耐磨措施。

（3）對(duì)B點(diǎn)重力墩下方的邊坡進(jìn)行了開挖放緩及澆砼支護(hù)處理。同時(shí)為防止攔污排主纜繩直接與砼摩擦，一方面在纜繩上包裹耐磨材料，另一方面在纜繩與砼面接觸的部位，采用橡膠板鋪墊，以進(jìn)一步減小摩擦。

（4）受力計(jì)算

主纜繩設(shè)計(jì)計(jì)算模型假定漂浮攔污排結(jié)構(gòu)張拉形狀和張力簡(jiǎn)化假定如下：

假定漂浮攔污排浮箱和連接結(jié)構(gòu)自身的剛度較大，水流、風(fēng)和波浪力可以簡(jiǎn)化為由有限段剛體、用理想光滑連接而成平面狀態(tài)的柔性機(jī)構(gòu)。在理論上攔污排表現(xiàn)為：一條處于穩(wěn)定平衡狀態(tài)的平面折線 ，該平面折線代表在某種荷載條件下攔污排的張拉形狀，由該形狀可以唯一確定在相應(yīng)荷載條件下結(jié)構(gòu)的張力。水流、風(fēng)和波浪對(duì)攔污排結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的作用力局限于水平面以內(nèi)。攔污排在進(jìn)水口上游水域運(yùn)動(dòng)緩慢 ，忽略結(jié)構(gòu)的慣性效應(yīng) ，按靜力條件研究攔污排結(jié)構(gòu)的穩(wěn)態(tài)平衡狀態(tài)。

攔污排所受水平荷載主要為水流推力、風(fēng)力和波浪的作用， 假定都垂直作用于攔污排上游表面， 則攔污排在力作用下可近似按以兩端連接繩為鏈接點(diǎn)連續(xù)懸鏈線考慮。

通過計(jì)算后結(jié)果為：

B處掛點(diǎn)的張力（最大張力） Ng=×sin60°=305kN

A處掛點(diǎn)的張力（最大張力） Ng=×cosn60°=178kN

右岸C點(diǎn)拉錨繩的最大張力=96.5kN

實(shí)際工程采用的主連接繩為高分子聚乙烯十二股精加工編織繩，名義斷裂強(qiáng)度968kN，實(shí)測(cè)為1027.8kN，由受力計(jì)算得知，完全滿足強(qiáng)度要求。

3、運(yùn)行中需關(guān)注的問題

碗米坡電廠攔污排于2013年8月開工建設(shè)，同年11月建成投運(yùn)，運(yùn)行情況良好。在日常使用和維護(hù)過程中應(yīng)注意以下事項(xiàng)：

1 主連接繩為超高分子量聚乙烯繩，因此種材料的纜繩伸展率為≥4%，故主連結(jié)繩在受力后排體長(zhǎng)度排線弧度會(huì)有一定增加，因此在初期運(yùn)行中要加強(qiáng)對(duì)連接繩的檢查，必要時(shí)進(jìn)行調(diào)整，確保排線的正常受力和排線美觀適用。

2 包覆于浮筒上的副攔污網(wǎng)網(wǎng)繩未進(jìn)行穿管保護(hù)，在運(yùn)行中會(huì)存在被浮渣鉤掛、拉扯的現(xiàn)象，且副網(wǎng)因露置于水面上，長(zhǎng)期與空氣、陽光接觸，且，其老化程度可能快于置于水下的主攔污網(wǎng)網(wǎng)片，在運(yùn)行過程中，每年對(duì)攔污排的例行檢查應(yīng)重點(diǎn)檢查副攔污網(wǎng)的老化情況，發(fā)現(xiàn)破損情況及時(shí)進(jìn)行處理。

4、結(jié)語

碗米坡電廠攔污排建成后，能夠有效攔截機(jī)組進(jìn)水口、技術(shù)供水壩前取水口區(qū)域水面98%及水下深1.5米95%以上的漂浮物，從根本上解決了電廠因水體浮渣較多引起的進(jìn)水口攔污柵堵塞、壩前取水口堵塞、發(fā)電效益降低等問題。

本項(xiàng)目施工簡(jiǎn)單快捷，無論新、老水庫，都可以隨時(shí)施工，不影響電站正常運(yùn)行發(fā)電，可供同類型水電廠借鑒。

作者簡(jiǎn)介：陳曉祥，男（1981-1-），工程師，本科，只要從事水電廠生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)管理。